【穿越千年,古赤道极光揭示地磁异常演化】提起绚丽多彩的极光,人们就会想到南北极。鲜为人知的是,在地球赤道上也有可能看到极光。

这种现象很多时候与地球磁场异常有关。人们都知道地球有南北两个对称的磁极,不过,地球上还有一些少为人知的地磁异常区——高于或低于同纬度地区磁场强度的正异常区或负异常区。赤道极光就与地磁负异常有关。

先别对飞往赤道看极光感到欣喜,地磁异常也是地球南北磁极倒转的一个潜在“先兆”。地磁倒转会削弱对地球系统的保护,甚至造成生物大灭绝。

南大西洋异常区(SAA)是今天地球唯一的负地磁异常区,能否通过历史上类似的异常区,增进人们对这一动力学过程的理解?在日前发表于美国《国家科学院院刊》的一项研究中,中国科学院地质与地球物理研究所(以下简称地质地球所)魏勇研究员带领的团队与英国利兹大学的合作团队利用一把“新钥匙”——千年古籍中记录的赤道极光,首次展示了地球内部与空间的协同演变。

“不安分”的地磁场

在地球系统46亿年演化进程中,磁场的出现和演化,与其他因素共同作用塑造了今天生机勃勃的宜居地球。

“地磁场穿越厚达3000公里的地幔与地壳达到地表,并远远地延伸到太空中去。太空中的这一部分地磁场包裹的空间即‘磁层’,在靠近太阳的一侧能达到10个地球半径(地球半径为6371公里)那么远,而在远离太阳的一侧可能达到上千个地球半径。”论文第一作者、地质地球所研究员何飞向《中国科学报》解释。

相关论文信息:
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他表示,由于带电粒子遇到磁场后运动方向会发生偏转,巨大的磁层把地球包裹于其中,对地球生物圈产生了双重保护作用:避免外来的高能带电粒子入侵;减少大气层中的带电粒子逃逸。

地球磁场可以分为四大部分:主磁场、地壳异常磁场(也称岩石圈磁场)、外源变化场和地球内部感应磁场。这些磁场组份的物理起源和时空分布特征各不相同。现今主磁场——偶极磁场占地球磁场的97%。

在众多地球主磁场起源假说中,今天科学家们更认同“地核发电机”假说——地心外核中处于熔融状态的金属铁的持续对流过程。“如果说磁流体对流过程能够产生或增强磁场;那么磁扩散过程则恰好相反,它使磁场趋于均匀分布,并总是趋于衰减。这两个过程决定了偶极磁场的变化。”该项研究方案的设计者兼共同通讯作者、地质地球所研究员魏勇解释说。

图1:地磁场来自于地球内部这台发电机 地质地球所供图

他表示,如果外地核某些区域的流动因地幔运动状态和热力学状态的改变出现异常,不足以补偿磁扩散引起的衰减,在长时间积累下,该区域就会表现出磁场强度明显低于其他区域,即负磁异常区。一旦磁层变小了,对该区域的保护作用也会随之变小。

“除了负地磁异常区,地球磁场也存在正磁异常区。”他说,目前地球磁场的三个正磁异常区分别位于北美洲北部、西伯利亚,以及南极大陆与大洋洲之间的海洋。

不止如此,他指出,“发电机”过程的剧烈变化还可能导致全球性磁场减弱,或是磁偶极子减弱、磁多极子增强,甚至发生南北磁极的倒转。

“当南北磁极调换,导致地磁保护层消失,宇宙辐射就会直接穿越到大气层里,其中就包括致命的射线。”魏勇说。此外,候鸟南飞北迁要依靠地磁场进行全球定位,人类的导航、卫星系统不少都是根据磁极判断方向。“一旦颠倒,天上飞的、地上爬的各种交通工具,就会‘碰碰车’,给人类带来巨大麻烦。”

古籍中的那束光

磁场的起源和长期演化一直是地球系统科学关注的重点和难点。赤道极光为破解这一难题照亮了一束光。

“事实上,极光(aurora)的本意是曙光,与南北极并没有任何关系。”魏勇解释说,现代科学之父伽利略在1619年率先使用了“aurora borealis”一词来称呼北极光,其后又有人使用“aurora australis”称呼南极光,久而久之, 它就具有了“极光”之义。天空中的大气发光现象种类繁多,但空间物理学家对极光现象有明确的界定:由太空中的带电粒子轰击大气粒子而产生。

“极光是高层大气中的一种特殊发光现象。从广义来讲,所有高能粒子与中性大气碰撞激发的光辐射都可称为极光。”何飞也表示,传统认为极光只发生在南北两极环绕磁轴的椭圆环带中(又称极光卵),这主要取决于偶极磁场在南北两极汇聚形成的特殊漏斗状结构。

偶尔在极端空间天气事件期间,极光卵会扩展到中低纬度。不过,他表示,正常情况下,在低纬度区域,高能粒子很难跨域磁力线穿透高层大气,因此极少会观测到极光现象。

“但在负地磁异常区内,磁场强度比同纬度的其他地区至少低一半,保护作用被减弱,导致更多的内辐射带高能带电粒子进入高层大气,并通过碰撞激发类似极光的发光现象。”何飞说,科学家已经在SAA异常区观测到了红色的极光。

在2020年发表于《国家科学评论》的一项研究中,中科院院士万卫星与魏勇、何飞等系统总结了以SAA为代表的负地磁异常区高能带电粒子沉降特征、粒子碰撞发光现象和历史观测研究现状,在上世纪六七十年代空间物理研究的基础上重新聚焦赤道极光研究。

由于现今地球只有一个负地磁异常区,科学家希望通过历史上发生的其他负地磁异常区增进对地磁演化过程的理解。利用古代航海数据建立的全球地磁模型,他们认为16-18世纪期间,西太平洋地区存在明显的负地磁异常,即西太平洋地磁异常区(WPA)。有趣的是,研究表明正如SAA位于非洲低剪切速度地幔异常体(LLVP)的西边缘,WPA在地理上位于太平洋LLVP的西边缘,这表明WPA也可能像SAA一样,是由地幔驱动的特征。

“除了从地球内部寻找WPA的证据外,大气异常现象提供了获取WPA演化线索的另一个路径。”魏勇说,在WPA的北方,古代中国、朝鲜和日本保存了大量的历史古籍,特别是在16-18世纪古朝鲜大量官方日记持续且详细地记载了天气、天象等信息。其中一种夜间大气发光现象——“有气如火光”被频繁记录。

图2:朝鲜半岛观察赤道极光示意图 地质地球所供图
图3:古朝鲜极光记录 地质地球所

对此,魏勇认为这正是由朝鲜半岛南方的负磁场异常引起的高能粒子沉降产生的赤道极光。他带领团队对朝鲜古籍进行了系统的整理,共发掘出公元1012-1811年800年间的2013条极光记录。

这些赤道极光与WPA存在怎样的联系?它能够告诉人们关于WPA的哪些演化特征?魏勇、何飞和地质地球所研究员朱日祥院士联合英国利兹大学教授菲利普·利弗莫尔(Philip Livermore)团队,开展了赤道极光和地球发电机模拟的交叉研究工作,揭示出WPA百年时间尺度的震荡特征。研究表明太平洋和朝鲜半岛下部的上升流可能是引起磁场震荡的关键:大约每100年发生一次,每一次之后都有下降流或其他机制来重新增强磁场。

多位审稿人认为对这项予以高度评价,认为研究结果首次清晰地展示了地球内部与空间的协同演变,为今后相关区域考古磁学工作提出了新方向,也为当今SAA区域研究提供了新思路。“作者利用古代朝鲜的历史极光记录,为地球发电机提供了一个令人兴奋的新视角。”一位审稿人说。

破译历史 预测未来

科学研究表明,近数十年来,SAA的磁场还在持续减弱,范围也在不断移动和扩大,磁暴期间越来越频繁地观测到赤道极光,一些地方甚至肉眼可见。

那么,地球是否可能发生磁极倒转的情况?“如果全球性的磁场减弱持续发展,则有可能迎来下一次地磁倒转。”何飞对本报说,“但这只是推测,因为历史上地磁倒转的发生并没有固定的规律,每次磁极倒转需要的时间也是几千年不等。地球历史上已知的地磁倒转发生间隔在几十万年到上百万年不等,上一次倒转发生在78万年前。

科学家已经通过“蛛丝马迹”发现地磁倒转和地磁异常带来的影响。例如,美国卡耐基研究所的科学家在分析远古岩石中的磁场极性时发现,在距今6.5亿到10亿年之间,地球出现了多个磁极,导致地球磁场出现混乱。而恰巧在这段时间中,地球出现了雪球事件、寒武纪灭绝事件等与生命有关的重大自然事件。他们推测,磁场的混乱可能是导致这些事件发生的原因。

近日,利物浦大学的研究人员对苏格兰东部古熔岩流的岩石样本进行热微波古地磁分析后发现,在4.16亿至3.32亿年前,这些岩石中保存下来的地磁场强度不到今天的1/4。而科学研究表明泥盆纪-石炭纪(4.19亿~2.86亿年前)的大规模灭绝与较高的紫外线(UV-B)辐射有关。作者表示这说明了弱磁场对地球生命的影响。

由此可见,破译过去地磁场强度的变化具有重要意义,它可以提供数亿年来地球深部过程的变化,进一步丰富和完善地球发电机过程,并为未来地磁可能如何波动或倒转提供线索。

“我们的这项工作只是初步的,未来应加强在我国南海、东南亚地区、孟加拉湾地区的考古磁学和古地磁研究,丰富和完善公元1800年之前的地磁记录,为构建准确的WPA演化模型提供基础数据,从而也为预测地球磁场的未来演变提供坚实的依据。”何飞说。

“中华文明源远流长,我国的正史和地方志中保存着丰富的自然现象记录,是研究人类周围各种环境变量长期变化的宝贵资料,甚至经常是唯一资料。朝鲜半岛、日本、越南等国家的正史大部分使用汉语写作,内容和体例也有一大部分承袭自我国,因此也保留了许多具有重要科学价值的资料。我国学者应当发挥自身文化优势,投入到这一研究领域中来。”魏勇说。https://t.cn/A6Mh4zxY

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【#宁夏##新闻110# 《潮庭健身银川11家店全停业》后续 最多一天有四五百名消费者投诉登记

法律界人士:对单用途预付卡有效监管迫在眉睫】9月9日、9月10日和9月13日,新消息报相继刊发《潮庭健身银川11家店全停业》《业内人士揭潮庭健身内幕杀鸡取卵式圈钱祸害行业》《银川5部门成立调查专班受理会员投诉》系列报道,引发社会强烈关注。9月14日上午,记者再次来到位于银川市兴庆区民族北街333号的潮庭健身投诉受理办公室,了解连日来消费者的投诉受理情况。


投诉登记的消费者络绎不绝

上午10时许,记者远远看到投诉受理办公室附近停着两辆警车,门口新增了一张《登记填表说明》,上面写道:“请准备好您的潮庭健身会籍合约书复印件、收据复印件或者微信转账记录、银行流水等相关证明文件。领取《消费者投诉登记表》,填写完成后交于工作人员即可。如有疑问请咨询现场工作人员。您也可以将《消费者投诉登记表》领取回家,资料准备齐全后交于此处。感谢您的配合!工作时间:上午9:00—12:00,下午:2:00—6:00”

“同志,请看一下门口的登记填表说明,佩戴口罩入内。”记者刚跨进大门,就有工作人员进行指引。两处“受理登记台”前,有七八位投诉者正在登记,工作人员不时给予指导。

“我在潮庭健身万品汇店办了一张5年卡,加上私教课一共花了5万多,现在还有1万元没有消费。”“我在西夏万达店办的卡,去年12月关门后商家承诺转到中环店,没想到中环店又跑路了,还剩余3万元的会员费。”“我们7个同事一起在长城花园店办的年卡,没想到上当了。”“我之前是万品汇店的会员,转到中环店又花了1320元激活手里的卡,教练说与中环大厦签约了5年,让我放心续卡。9月3日我还在约课,9月5日居然关门了。”记者随机采访了几位会员,提及办卡经历,大家都懊悔不已。

在记者采访的1个小时内,大约有30余位投诉者前来登记。“受下雨影响,今天来的人少多了。另一方面,这已是登记投诉的第5天,高峰期过了。周末人最多的时候,有四五百位消费者来投诉登记。”一位工作人员说。

对于截至目前累计有多少人投诉、涉及的金额有多少,该工作人员表示目前只是登记阶段,还没有整理统计。

单用途预付卡监管迫在眉睫

潮庭健身房跑路事件并非个例,在银川还发生过帝壹阳光游泳健身汇、清水游泳健身中心、御泉湾芊奕健身房关门等多起类似事件,新消息报都进行过报道。原本应该是“双方利好”的预付式消费模式,为何会乱象频发?记者采访了北京德恒(银川)律师事务所律师周文静。

周文静介绍,大众口中的会员卡即单用途预付卡,是一种消费者在享受服务之前先行充值的商业模式。该模式遍布各行各业,在一定程度上能够使经营者和消费者互惠双赢,但在实践中,却变成了很多经营者设置消费陷阱、欺诈消费者、侵害消费者权益的惯用伎俩。消费者一旦充值加入会员,便会陷入被动的经济地位,面临商家闭店跑路的风险,蒙受经济损失,并且维权过程耗时耗力,还很难有效挽回损失。

“服务行业跑路现象属于典型的涉众型民事纠纷,主要是三方面原因造成:一是商家逐利心切,无视诚信经营,开店之初就大肆宣传,以价格优势吸引消费者,迅速积累资本。之后,消费者到店不需要实际支付资金,而门店则只提供相应服务,并未有新的营业收入进账。且不论门店收入是否能够维系运营,对于部分投机心理较强的商人来说,在无利可图的情况下,不如关门闭店卷款跑路。二是缺乏有效监管。我国法律对于行业内办理‘预付费式’会员卡并未有明确规制,诸如餐饮行业、健身游泳、美容美发、培训机构等行业成为消费陷阱的‘重灾区’。由于此类公司的注册性质大都为个人有限公司或者有限责任公司,根据《公司法》规定,股东仅以出资额为限承担责任,公司破产后,企业名下早已没有可供执行的财产,消费者即使向法院提起民事诉讼,也要面临无法送达被告人、胜诉后无财产可供执行等实际问题,难以真正挽回损失,甚至在诉讼过程中还需垫付公告费用和案件受理费。因此,部分消费者认为即使胜诉了也拿不回钱,还要承担额外的经济成本和时间成本,加之一般损失的金额不大,便怠于提起民事诉讼。此外,消费者之间不易联合起来,维权力量分散,难以取得实效。三是违法成本较低,形成不良示范。跑路现象容易集中发生在特定领域,这些行业的共同特点是门店并不以销售实物商品为主要业务,经营成本仅有水电、房租、劳务等支出,单次消费价格远高于会员价,甚至不存在单次消费模式,只能办理会员卡。当该地区绝大部分顾客充值办卡之后,该门店便难以形成后续稳定收入。”周文静详细分析道,潮庭健身跑路层出不穷,使得投机分子纷纷如法炮制,把这种侵害他人财产的不良行为当成生财门道,形成负面的行业示范效应。单用途预付卡市场运行和发展中暴露出一些不可回避的商业、社会风险问题,势必破坏预付卡市场的健康发展,损害消费者利益,对其有效监管已迫在眉睫。

新消息报记者

吴彩华 文/图


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